Предотвращение образования отложений солей в системе подготовки воды на месторождении S (Томская область)

Проведен аналитический обзор существующих взглядов на механизм кристаллизации солей из водных растворов, методов предотвращения и удаления отложений неорганических солей. Создана моделирующая схема установки подготовки нефти, воды, включая промысловый трубопровод в среде программы UniSim Design, проведено расчетное исследование влияния температуры на количество выпадающих солей. Для реализации технологической стадии понижения температуры подтоварной воды произведен расчет и подбор теплообменника.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 16
1. Геологическая характеристика месторождения ………………………………………. 18
1.1 Литолого-стратиграфическая характеристика вскрытых отложений …….. 20
1.2 Тектоническое строение месторождения ……………………………………………… 22
1.3 Геолого-физическая характеристика продуктивных пластов ………………… 23
1.4 Физические свойства нефти, газа и пластовой воды……………………………… 25
1.5 Запасы нефти ………………………………………………………………………………………. 29
2. Образование и прогнозирование солеотложений…………………………………….. 31
2.1 Факторы, влияющие на образование солей ……………………………………….. 31
2.1.1 Причины образования отложений неорганических солей …………….. 31
2.1.2 Параметры, влияющие на образование отложений карбоната кальция .. 33
2.2 Механизм образования кристаллов солей …………………………………………. 40
2.2.1 Кристаллы. Их структура и основные свойства …………………………… 40
2.2.2 Движущая сила кристаллизации …………………………………………………….. 43
2.3 Прогнозирование образования солеотложений …………………………………. 46
2.3.1 Общий принцип прогнозирования ………………………………………………. 46
2.3.2 Методы прогнозирования ………………………………………………………………. 48
3 Методы борьбы с солеотложениями ………………………………………………………….. 53
4 Постановка задачи исследования ………………………………………………………………. 61
5 Технология подготовки нефти на УПН месторождения S ………………………….. 63
6 Предотвращение выпадения солей в технологическом трубопроводе ……… 67
6.1 Анализ подтоварной воды……………………………………………………………………. 67
6.2 Расчет и подбор теплообменника …………………………………………………………. 73
7 Динамический контроль выпадения солеотложений ………………………………….. 77
8 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 78
8.1 SWOT-анализ………………………………………………………………………………………. 78
8.2 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………….. 80
8.3 Разработка графика проведения исследовательской работы ………………. 81
8.4 Бюджет научно-технического исследования ……………………………………… 83
8.5 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, экономической
эффективности исследования ……………………………………………………………………. 89
9 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 93
9.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 93
9.2 Производственная безопасность ………………………………………………………….. 94
9.2.1 Утечки токсичных и вредных веществ в атмосферу ………………………… 95
9.2.2 Анализ показателей климата на открытом воздухе …………………………. 96
9.2.3 Повышенная запыленность и загазованность рабочей зоны ……………. 97
9.2.4 Расчет потребного воздухообмена при выделении газов через
неплотность аппаратуры, находящейся под давлением …………………………… 98
9.2.5 Повреждения в результате контакта с животными, насекомыми,
пресмыкающимися ………………………………………………………………………………. 100
9.3 Анализ опасных производственных факторов и обоснование мероприятий
по их устранению (техника безопасности) ……………………………………………….. 100
9.3.1 Статическое электричество…………………………………………………………… 101
9.3.2 Опасность поражения электрическим током …………………………………. 101
9.4 Экологическая безопасность………………………………………………………………. 102
9.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………… 103
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 107
Список публикаций студента ……………………………………………………………………… 109
Список использованных источников ………………………………………………………….. 110
Приложение A …………………………………………………………………………………………… 116

В литературном обзоре были рассмотрены причины образования
солеотложений, механизм их образования и факторы, влияющие на процессы
кристаллизации солей и образования отложений. На состояние пересыщения
водной системы влияют: химический состав пластовых и нагнетаемых вод;
состав пород, слагающих продуктивный пласт; динамика обводнённости
добываемой продукции; изменение условий
разработки и эксплуатации нефтяных месторождений.
В аналитическом обзоре был рассмотрен вопрос прогнозирования
выпадения солей, различные методики определения количества осадка.
Подготовка нефти, обводненной на 45%, на нефтегазоконденсатном
месторождении S осуществляется в три ступени сепарации, с подачей
деэмульгатора, для разрушения водонефтяной эмульсии, и ингибитора коррозии,
с применением путевых подогревателей и отстоем нефти в РВС-1000. Попутный
газ отводится на утилизацию: на собственные нужды и на дальнейшую
подготовку для продажи. Подготовка подтоварной воды заключается в
отделении от подогретой до 55 ОС нефти на второй ступени сепарации и
дальнейший её отстой в РВС-700, далее подготовленная вода насосами ЦНС
45/1900 через распределительную гребёнку по трубопроводу диаметром 159 мм
и длиной 2000м поступает в нагнетательную скважину для закачки в пласт.
Проблема заключается в образовании отложения карбоната кальция в насосном
оборудовании и трубопроводах системы поддержания пластового давления.
Установлен тип воды хлоркальциевый.
Произведен расчет вероятности выпадения карбоната кальция при помощи
индекса Ланжелье. При температуре 55 ОС составил 0,865, а при снижении
О
температуры до 32 С составил 0,493. Снижение температуры приводит к
уменьшению вероятности образования солеотложений.
Произведен расчет количества карбоната в зависимости от температуры.
По результатам расчета выявлено, что при температуре воды 55 оС будет
происходить выпадение карбоната кальция, что коррелирует с реальными
данными. При снижении температуры до 32 оС вероятность выпадения соли
снижается. Данная температура обеспечивает кратное уменьшение количества
выпадающих солей до 0,06 мг/л. Снижение количества выпадающих солей
приведет к увеличению срока службы насоса.
Предложено ввести в технологическую схему УПН теплообменник для
охлаждения подтоварной воды после второй ступени сепарации за счет
теплообмена с сырой нефтью, поступающей на установку подготовки.
Рассчитана необходимая площадь теплообмена для текущих условий: 60 м2.
Подобран кожухотрубчатый теплообменник 600ТНГ-4,0-М22/25х2Г-6-4-У.
Научная новизна работы заключается в предложении понизить
температуру перекачиваемой подтоварной воды перед подачей в трубопровод.
Практическая значимость заключается в уменьшении количества
выпадающих солей, следствием чего будет увеличение МРП насоса,
перекачивающего подготовленную воду в систему ППД.
Список публикаций студента

1. Кудешов А.А. Оценка вероятности выпадения солей из
пластовой воды/ А. А. Кудешов; науч. рук. Л. В. Шишмина // Проблемы
геологии и освоения недр : труды XXIV Международного симпозиума
имени академика М. А. Усова студентов и молодых учёных, посвященного
75-летию Победы в Великой Отечественной войне, Томск, 6-10 апреля
2020 г.: — Томск: Изд-во ТПУ, 2020 — Т. 2 — [C. 99-100].
2. Кудешов А.А. Технология процесса сепарации и повышения
степени извлечения конденсирующих углеводородов из нефтяного газа /
А. А. Кудешов; науч. рук. С. Н. Харламов // Проблемы геологии и освоения
недр : труды XXIV Международного симпозиума имени академика М. А.
Усова студентов и молодых учёных, посвященного 75-летию Победы в
Великой Отечественной войне, Томск, 6-10 апреля 2020 г.: — Томск: Изд-
во ТПУ, 2020 — Т. 2 — [C. 557-558].